鱼的脊椎盘中的细胞自我修复

杜克大学的研究人员在斑马鱼的发育骨架中发现了一种独特的修复机制，可以深入了解为什么像人类这样的长寿生物的脊椎盘随着年龄而退化。当幼鱼开始游泳时，修复机制显然保护脊柱前体脊椎的充满液体的细胞免受机械应力。脊索细胞继续形成椎间盘的凝胶状中心，扁平的圆形垫子楔入每个椎骨之间，充当脊柱的减震器。

随着时间的推移，这些细胞的消失与退行性椎间盘疾病有关，这是全世界人类疼痛和残疾的主要原因。

“不难推测这些相同的修复和再生机制在很早的阶段就存在于人体中，但随着时间的推移会逐渐丧失，”该研究的高级作者，细胞助理教授Michel Bagnat博士说。杜克大学医学院的生物学。“如果我们要考虑促进椎间盘再生的技术，这是我们需要了解的基本生物学。”

该研究于2017年6月22日在Current Biology上发表。

Bagnat将脊索比作装满水的花园水管。耐寒结构由围绕一组巨大的充满液体或“空泡化”细胞的上皮细胞鞘组成。在开发期间，尽管处于恒定的机械应力下，这些空泡化的细胞很少流行。最近的研究表明，在这些细胞的质膜中形成的称为细胞膜穴样内陷(拉丁语为“小洞穴”)的小袋可以提供缓冲或膨胀的缓冲。

为了观察细胞膜穴样内陷是否能保护空泡免于爆裂，他的团队和来自德国的合作者在其模型生物斑马鱼中产生了三个洞穴基因的突变体。因为这些小型观赏鱼像胚胎一样透明，所以科学家可以很容易地看到由于细胞膜穴样内陷丢失引起的任何脊柱缺陷。

研究人员发现，当突变体胚胎孵化并开始游泳，对其不发达的骨架施加压力时，它们的空泡细胞开始分裂。虽然这一发现证实了他们的怀疑，但却发现了一个令人费解的发现。“在caveolar突变体中，你可以在脊索上下看到这些连续的病变，但成熟的脊柱正常形成，”Bagnat说。“这对我们来说非常令人费解。”

为了弄清楚这是怎么可能的，主要作者Jamie Garcia和Jennifer Bagwell仔细研究了突变鱼的脊索。他们将空泡细胞标记为绿色，周围的上皮鞘细胞呈红色，然后在孵化后不久拍摄鱼并开始游泳。首先，他们可以看到偶尔的空泡细胞破裂并像水气球一样溢出其内容物。然后，在十五个小时的过程中，附近的上皮鞘细胞将移入，爬过塌陷细胞的碎屑，并变成新的空泡细胞。

他们进行了一些实验，发现修复反应是由细胞内容物的释放引发的，特别是被称为核苷酸的基本分子构建模块。研究人员随后分离了活上皮鞘细胞，并用核苷酸类似物处理它们，表明它们变成了空泡细胞。

“这些细胞位于斑马鱼和人的盘中，似乎能够控制自己的修复和再生，”Bagnat说。“也许它是连续释放的核苷酸，对于保持椎间盘良好状态非常重要。”

该研究不仅可以了解背部和颈部疼痛的发展，还可以了解癌症的起源。他们的数据表明，当上皮鞘细胞离开脊索并侵入颅骨和其他组织时，脊索瘤，罕见和侵袭性脊索细胞肿瘤可能开始。

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